[發明專利]一種基于光纖傳感及非接觸電阻率技術的海洋土觸變特性測試系統及方法

在審

• 申請號: 202010650635.1
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111751514A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 裴華富;孫安元;楊慶;楊鋼;田世豪;張敏捷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N27/04;G01N3/20;G01B11/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于土木工程技術領域，提供了一種基于光纖傳感及非接觸電阻率技術的海洋土觸變特性測試系統及方法。一種基于光纖傳感及非接觸電阻率技術的海洋土觸變特性測試系統，包括基于變壓器原理的無電極非接觸土體電阻率測試裝置、利用光纖布拉格光柵實現測量土體小變形收縮量的測試裝置以及一種利用落錐法測試土體不排水抗剪強度的測試裝置。與現有海洋軟土觸變特性評價方法相比，從土體觸變的機理出發，創新性的將反映土體結構改變的收縮變形量及電阻率作為觸變過程中土體微觀結構變化的評價指標，進一步的建立土體觸變強度比率與土體結構變化評價指標的關系，提出了一種新型的海洋土觸變特性綜合評價方法。

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，涉及一種海洋軟土觸變強度恢復的測試評價方法，尤其涉及一種基于光纖傳感及非接觸電阻率技術的海洋土觸變特性測試系統及方法。

背景技術

隨著海洋強國戰略的推進，海洋資源與海洋空間的開發和利用正在如火如荼的進行當中。建設海洋強國，必須進一步認識海洋、經略海洋，加快海洋科技研究創新的步伐。對于多數海洋構筑物，海床是海洋空間結構物的“扎根”的土壤，海床地基和基礎的穩定性對海洋結構物的穩定和安全具有至關重要的作用。海床地基在波浪荷載、地震荷載及由結構物間接傳遞的各類動荷載作用下，土體結構性遭到破壞，誘發強度剛度的退化、超孔壓以及塑性應變的累計。海洋土在動荷載作用下的軟化災變將進一步的降低海洋結構物基礎的承載力降低，誘發大變形破壞，嚴重影響海洋構筑物的安全。在外界不利震動荷載消失后，隨時間的增長土體的結構和強度將逐漸恢復，巖土工程中將擾動后土體強度隨時間的增長而逐漸恢復的現象定義為觸變。對于處于相對軟弱土層的海洋構筑物基礎來說，科學認識海洋土軟化后的強度恢復特性，對于海洋錨固基礎的優化設計以及運營過程中的安全評估有著至關重要的意義。因此研究海洋軟土的觸變性，準確評價擾動后的強度恢復特性，對于海床穩定性評價和海洋錨固基礎的優化設計方面有重要工程應用價值。

目前，對于飽和軟土觸變特性的評價主要通過試驗手段，研究隨時間的推移土體結構及不排水強度的恢復特性。有別于陸地軟土，海洋軟土的強度往往較低，尤其對于深海軟土來說，其強度一般在幾十kPa范圍內，觸變過程的前期對擾動尤為敏感。傳統的十字板剪切試驗、靜力觸探探試驗等傳統強度測試手段在加載初期擾動的影響無法消除，具有天然缺陷，同時受制于測試精度，土體的早期觸變特性難以準確評價。另一方面，對于土體觸變過程中結構恢復的研究，局限于掃描電鏡試驗等手段，難以定量的分析土體觸變過程中結構的連續變化。綜合來看，目前對軟黏土觸變性的評價多圍繞土體抗剪強度這一指標，建立強度-時間函數，未能將觸變過程中土體的結構及強度變化進行同步量化分析。

針對這一問題，本發明型專利從提高測試精度、降低不利擾動及建立綜合反映土體結構恢復及強度變化特性的評價方法入手。在結合傳統落錐法強度測試的優點的基礎上，創新性的采用測試精度高、抗電磁干擾能力強的光纖光柵傳感器，測試土體觸變過程中的收縮應變。同步的，利用非接觸電阻率測試技術在觸變過過程中無擾動、連續的測試土體電阻率的變化。選取歸一化的電阻率及收縮應變作為土體結構恢復的評價指標，量化了觸變過程中土體結構恢復與抗剪強度的關系，提出了海洋土觸變特性的綜合評價方法。與現有方法對比，具有評價指標完善、精度高、可量化分析、綜合性好的優點，對海洋軟土觸變特性的評價與研究有重要的參考意義。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于光纖傳感及非接觸電阻率技術的海洋土觸變特性綜合評價方法，以實現海洋軟土觸變過程中土體結構及強度的同步量化分析。該方法基于非接觸電磁感應式電阻率測試方法，結合抗電磁干擾、抗腐蝕、精度高的光纖傳感技術，實現了交變磁場中土體收縮應變及電阻率的同步量測。創新性的提出將觸變過程中土體收縮應變及電阻率的變化作為土體結構變化的評價指標，并通過落錐法測量選定時刻的土體抗剪強度的增量。最終，建立了可綜合考量土體結構變化及強度恢復指標的海洋軟土觸變特性評價方法。

為實現上述目的，采用的技術方案如下：